CÁLCULO
EXPERIMENTAL
DEL
SISTEMA
DE
TUBERÍAS
Y
ACCESORIOS.
Los datos obtenidos de la parte experimental del sistema de tuberías y accesorios que se muestra en la Tabla, con estos datos se realizan los cálculos experimentales y analizar los resultados para comprender los fenómenos fundamentales.
Tabla: Datos de los componentes de la línea de trabajo. Or d en L ín ea d e t r ab aj o D i m e n s i o n es 01 Tubo de acero ino inoxidable able DN 1” D = 26,64 ,644mm; L = 1000mm 0mm 02 Tubo Tubo de acer cero inox inoxid idab able le DN 1/2 1/2” D = 15,7 15,799 99m mm; L = 1000 1000m mm 03 Medidor Medidor de orific orificio, io, acero acero inox. inox. DN 1” d = 15,96m 15,96mm m 04 Medid edidor or de Vent Ventu uri, acrí acríli lico co DN 1” d = 16,7 16,74m 4mm m 05 Expansión súbita DN 1’’ a 2’’ d = 26,644mm; D = 52,502mm 06 Contracción ión súbita ita DN 2’’ a 1’’ D = 52,502mm; d = 26,644mm 07 Válvula compuerta DN 1” D = 26,644mm 08 Válvula esférica (bola) DN 1” D = 26,644mm 09 Válvula globo DN 1” D = 26,644mm 10 Curvas en U DN 1” D = 26,644mm 11 Curvas en L DN 1” D = 26,644mm Fuente: Elaboración propia.
CÁLCULO RELATIVO REL ATIVO AL TUBO DE ACERO INOX. INOX. DN 1” Tubo de acero inoxidable AISI 304 DN 1” SCH40 con diámetro interior de 0,026644m y distancia de 1,0m entre las dos tomas de presión externa.
a. Determinación del factor de fricción experimental. El factor de Darcy o factor de fricción, f , se determina en base a los valores determinados en las pruebas experimentales. Según la Ecuación 2.5, se tiene:
;
donde: : densidad del mercurio (kg/m3) : densidad del agua (kg/m3) : lectura del manómetro (m) : caída de presión (N/m2)
;
;
El flujo del fluido en la tubería está siempre acompañado de rozamiento de las partículas del fluido entre sí y, consecuentemente, por la pérdida de energía disponible; en otras palabras, tiene que existir una pérdida de presión en el sentido del flujo. En el Gráfico 4.1 se observa que la diferencia de presión del fluido al pasar por el tubo de acero inoxidable DN 1”, varía en función del caudal, y la curva tiene una tendencia lineal.
b.- Determinación de la rugosidad experimental. Colebrook ideó una fórmula empírica para el flujo en zona de transición en tubos lisos y la zona de turbulencia en tubos comerciales. Según la Tabla 2.1 y despejando
se tiene:
;
Reemplazando los datos experimentales a la ecuación anterior se obtiene los siguientes resultados:
La ecuación de Colebrook está en función de dos variables NR y
.
Dicha función se representa en el diagrama de Moody (Anexo 1) por una familia
de
curvas.
La
mayoría
de
los
resultados
(Tabla
4.4)
experimentales de rugosidad de las prueba 1 a 11 se encuentran en la parte superior derecho de la ecuación de Blasius, dependiendo de la teoría. Estos resultados son adecuados para obtener el valor promedio de rugosidad.
Este valor está dentro de los valores teóricos (Anexo 2), y es el valor real de rugosidad del tubo de acero inoxidable DN 1” (nuevo y limpio). Se debe esperar que haya algo de variación. Después de que el equipo este en servicio durante algún tiempo, la rugosidad puede cambiar debido a la formación de depósitos sobre la pared, o debido a la corrosión.
CÁLCULO RELATIVO AL TUBO DE ACERO INOX. DN 1/2” Tubo de acero inoxidable AISI 304 DN 1/2” SCH40 con diámetro interior de 0,015799m y distancia de 1,0m entre las dos tomas de presión externa.
a. Determinación del factor de fricción experimental. El factor de Darcy o factor de fricción, f , se determina en base a los valores determinados en las pruebas experimentales. Según la Ecuación 2.5, se tiene:
; ;
;
b.- Determinación de la rugosidad experimental. Colebrook ideó una fórmula para el flujo en zona de transición en tubos lisos y la zona de turbulencia en tubos comerciales. Según la Tabla 2.1 y despejando
se tiene:
;
La ecuación de Colebrook está en función de dos variables NR y
.
Dicha función se representa en el diagrama de Moody (Anexo 1) por una familia de curvas. La mayoría de los resultados (Tabla 4.7) de rugosidad de las prueba 1 a 11 se encuentran en la parte superior derecho de la ecuación de Blasius, dependiendo de la teoría. Estos resultados son adecuados para obtener el valor promedio de rugosidad.
Este valor está dentro de los valores teóricos (Anexo 2), y es el valor real de rugosidad del tubo de acero inoxidable DN 1/2” (nuevo y limpio). Se debe esperar que haya algo de variación. Después de que el equipo este
en servicio durante algún tiempo, la rugosidad puede cambiar debido a la formación de depósitos sobre la pared, o debido a la corrosión.
CÁLCULO RELATIVO AL MEDIDOR DE ORIFICIO. Tubo de acero inoxidable AISI 304 con diámetro del diafragma calibrado de 0,01596m y distancia de 0,055m entre las dos tomas de presión externa.
El coeficiente de corrección, Co, se calcula experimentalmente según la Ecuación 2.23, y esta engloba al coeficiente de descarga.
Fuente: CRANE - Flujo de fluidos en accesorios y tubería. (1993)
donde K es el coeficiente de resistencia para medidores de orificio y Venturi.
Reemplazando los datos experimentales a las ecuaciones anteriores se obtiene los siguientes resultados:
CÁLCULO RELATIVO AL MEDIDOR DE VENTURI.
Medidor de Venturi de acrílico con diámetro de la sección reducida de 0,01674m y distancia de 0,050m entre las dos tomas de presión externa.
;
CÁLCULO RELATIVO A LA EXPANSIÓN SÚBITA. Expansión súbita de tubo de acero inoxidable DN 1’’ a 2’’, con diámetro interno mínimo 0,026644m y diámetro interno máximo 0,052502m. Determinación del coeficiente de resistencia K, calculado en base a los valores determinados en las pruebas experimentales (Tabla 4.14). Según la Ecuación 2.16, se tiene:
;
Z2 - Z1 = 0;
,
: velocidad (m/s)
CÁLCULO RELATIVO A LA CONTRACCIÓN SÚBITA. Contracción súbita de tubo de acero inoxidable DN 2’’ a 1’’, con diámetro interno máximo 0,052502m y diámetro interno mínimo 0,026644m.
CÁLCULO RELATIVO A LA VÁLVULA DE COMPUERTA. Válvula de compuerta instalado en un tubo de acero inoxidable DN 1”, con diámetro interior de 0,026644m y distancia de 0,255m entre las dos tomas de presión externa.
Determinación del coeficiente de resistencia K, calculado en base a los valores determinados en las pruebas experimentales (Tabla 4.18). Según la Ecuación 2.19, se tiene:
= 1000kg/m3;
= 13540kg/m3
Reemplazando los datos experimentales a las ecuaciones anteriores se obtiene los siguientes resultados:
CÁLCULO RELATIVO A LA VÁLVULA ESFÉRICA (BOLA). Válvula esférica (bola) instalado en un tubo de acero inoxidable DN 1”, con diámetro interior de 0,026644m y distancia de 0,261m entre las dos tomas de presión externa. Determinación del coeficiente de resistencia K, calculado en base a los valores determinados en las pruebas experimentales (Tabla 4.20). Según la Ecuación 2.19, se tiene:
= 1000kg/m3;
= 13540kg/m3
Reemplazando los datos experimentales a las ecuaciones anteriores se obtiene los siguientes resultados:
CÁLCULO RELATIVO A LA VÁLVULA DE GLOBO. Válvula de globo instalado en un tubo de acero inoxidable DN 1”, con diámetro interior de 0,026644m y distancia de 0,267m entre las dos tomas de presión externa. Determinación del coeficiente de resistencia K, calculado en base a los valores determinados en las pruebas experimentales (Tabla 4.22). Según la Ecuación 2.19, se tiene:
= 1000kg/m3;
= 13540kg/m3
La válvula de globo realiza un control preciso de la circulación aunque presenta resistencia a la misma. Se recomienda para regular la circulación de un fluido por estrangulación y en accionamientos frecuentes.
CÁLCULO RELATIVO A LA CURVA EN U. Curva en U (4 codos de 90°) de tubo de acero inoxidable DN 1”, con diámetro interno 0,026644m.
Determinación del coeficiente de resistencia K, calculado en base a los valores determinados en las pruebas experimentales (Tabla 4.24).
= 1000kg/m3;
= 13540kg/m3
CÁLCULO RELATIVO A L A CURVA EN L. Curva en L (4 codos de 90°) de tubo de acero inoxidable DN 1”, con diámetro interno 0,026644m.
Determinación del coeficiente de resistencia K, calculado en base a los valores determinados en las pruebas experimentales (Tabla 4.26).
CÁLCULO RELATIVO AL ROTAMETRO. Una velocidad de flujo diferente provoca que el flotador se mueva hacia una nueva posición, cambiando el área libre entre el flotador y el tubo hasta que se recupera el equilibrio otra vez. La posición del flotador se mide con una escala calibrada la cual está graduada en las unidades
adecuadas de velocidad de flujo de volumen o velocidad de flujo de peso.
Los
siguientes
datos
se
obtienen
para
realizan
los
cálculos
experimentales y analizar los resultados del coeficiente del rotámetro.
Para calcular el coeficiente del rotámetro, se utiliza la Ecuación 2.26 y despejando Cr se tiene:
